[发明专利]导航系统星地时间同步任务规划方法

说明书

本发明公开了一种导航系统星地时间同步任务规划方法，包括：步骤1：将输入的规划时段均匀地划分为N个规划周期；步骤2：根据输入的时间窗信息V_(s,m)将待规划的星地时间同步任务按照规划周期进行分解，得到每一个规划周期的元任务矩阵；步骤3：从第一个规划周期开始，依次规划各个规划周期元任务矩阵内的元任务，直到最后一个规划周期内元任务规划完成；步骤4：对相邻规划周期的元任务进行拼接，形成整个规划任务并输出规划方案。该规划方法具有搜索空间小，计算时间短且能充分利用卫星和地面资源的优点。

技术领域

本发明主要涉及航空航天导航卫星任务规划技术领域，尤其涉及一种导航系统星地时间同步任务规划方法。

背景技术

星地时间同步是全球卫星导航系统的核心业务，时间同步的精确度是影响系统定位和授时精度的主要因素。星地时间同步任务规划问题作为一类新的地面资源调度问题，由于其特定的问题背景和规划需求，有其自己的特点和复杂性。而其复杂性表现在一、这是一个组合多目标优化问题(CMOP，Combinatorial Multi-objective OptimizationProblem)。单颗卫星的星地时间同步任务需求有两方面：一是单星每次的星地时间同步任务时长要尽可能长，二是单星两次任务之间的间隔要尽可能短；不仅如此，作为系统的管理者和业务的控制者，在规划时不仅需要考虑到卫星以上两方面的任务需求，而且由于卫星数目众多，还必须将系统的均衡性考虑在内，使每颗卫星在任务需求满足度上的差距尽可能小。二、这是一个混合整数规划(MIP，Mixed Integer Programming)问题。星地时间同步任务规划需要规划任务次数、每个任务需要的资源以及任务的开始时间和结束时间等，其中，任务次数属于整数变量，而任务的开始时间和结束时间属于连续变量。三、这是一个非线性规划(NP，Nonlinear Programming)问题。对于单目标的地面站调度问题，已经证明是NP-hard问题，因此，对于多目标的地面站调度问题而言，也是一个非线性规划问题。现有技术中，对于线性混合整数规划(MILP，Mixed Integer Linear Programming)问题，可以用ILOG CPLEX或其他求解工具进行求解，但是对于非线性混合整数规划(MINLP，MixedInteger Nonlinear Programming)问题，目前没有可用的求解工具求解。

现有技术中用来解决星地时间同步规划方法中，规划模型采用的是简单的启发式模型，在全球系统下现有模型已无法高效地利用星地可见资源，难以满足所有卫星的时间同步需求。算法主要有两种：基于规则的启发式算法和演化算法。基于规则的启发式算法，如先到先服务算法(First-In-First-Served Algorithm，FIFSA)提高了地面资源紧缺时的资源利用率，但是启发式调度算法只是得到了某一个可行解，没有对所有优化目标同时进行优化。演化算法通过不断组合各个规划周期内的元任务来进行演化搜索，通过不断的迭代从而得到非支配解。虽然演化算法可针对多目标同时进行优化，但此算法有以下两个缺点：一是搜索空间较大，如果要得到较优解，耗时较大；二是得到的是一组解集，用户还需要从一组解中进行选择，不利于工程中的实际应用。因此，必须研究新的规划方法来求解星地时间同步任务规划这一复杂问题。

随着天上卫星的增多，地面天线资源有限，而星地时间同步任务规划问题是一个复杂的有多个决策变量需要考虑的复杂问题，怎样降低计算复杂度，又能充分高效利用天上卫星和地面天线资源，就显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种搜索空间小，计算时间短且能充分利用卫星和地面资源的导航系统星地时间同步任务规划方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种导航系统星地时间同步任务规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将输入的规划时段planHorizon均匀地划分为N个规划周期；